農(nóng)用肥對(duì)三峽庫區(qū)紫色土小流域氨揮發(fā)及氮收支的影響

石小娟 曹瑞霞 郭勁松 劉京 方芳

摘 要：農(nóng)業(yè)面源氮素已成為影響三峽庫區(qū)環(huán)境安全的主要因素，但有關(guān)農(nóng)業(yè)面源氮污染研究并未深入?yún)^(qū)分氮污染主要來自何種農(nóng)業(yè)用地，同時(shí)以什么方式進(jìn)入三峽庫區(qū)。以三峽庫區(qū)紫色土農(nóng)用坡地為研究對(duì)象，對(duì)典型農(nóng)耕模式下碳銨、尿素和復(fù)合肥的氨揮發(fā)特征以及小流域內(nèi)氮素收支平衡進(jìn)行分析，以期探究氨揮發(fā)對(duì)三峽庫區(qū)氮污染的影響。采用原位受控對(duì)照實(shí)驗(yàn)的范式進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在典型農(nóng)耕模式下，三峽庫區(qū)紫色土氨揮發(fā)速率表現(xiàn)為：復(fù)合肥最低，變化最平緩;尿素的峰值出現(xiàn)滯后，下降緩;碳銨的峰值出現(xiàn)較早，下降快。小流域內(nèi)尿素的氨揮發(fā)率為8.82%～18.37%，碳銨為17.86%～30.70%，復(fù)合肥為2.56%～3.86%。施肥種類的氨揮發(fā)率大小為：碳銨>尿素>復(fù)合肥，典型用地的氨揮發(fā)率大小為：水田>果林>旱地。對(duì)流域內(nèi)氮收支平衡分析，發(fā)現(xiàn)小流域內(nèi)化肥是氮素最主要的輸入，氨揮發(fā)是主要的輸出，土壤氮素殘留嚴(yán)重，增加了氮素流失風(fēng)險(xiǎn)。從環(huán)保角度考慮，降低三峽庫區(qū)碳銨使用頻率、減少旱地和果林施肥量、優(yōu)化氮肥施用結(jié)構(gòu)是減少氨揮發(fā)的有效途徑，氨揮發(fā)率的減少對(duì)三峽庫區(qū)氮污染防治具有重要意義。

關(guān)鍵詞：三峽庫區(qū);紫色土;化肥;氨揮發(fā);氮收支

中圖分類號(hào)：X511 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號(hào)：2096-6717（2019）05-0141-10

Abstract：Agricultural non-point source nitrogen has become the main source of environmental safety in the Three Gorges Reservoir. However， investigation on agricultural non-point source nitrogen pollution has not been studied in depth which agricultural land was the main source， and how to enter Three Gorges Reservoir. Purple soil sloping ploughland in Three Gorges Reservoir was taken as the studied object to explore the effect of ammonia volatilization on nitrogen pollution. The ammonia volatilization characteristics of ammonium bicarbonate， urea and compound fertilizer in typical farming modes， and the nitrogen budget in a small watershed were investigated. The study was conducted by using a paradigm of controlled experiments in situ. The results show that the ammonia volatilization flux of compound fertilizer is the lowest and the change is the most gradual. Meanwhile， the peak value of ammonia volatilization flux of urea lags behind and decreases slowly， while that of ammonium bicarbonate appears earlier and decreases faster. The ammonia volatilization loss ratio of urea， ammonium bicarbonate and compound fertilizer in the watershed are 8.82%～18.37%， 17.86%～30.70% and 2.56%～3.86%， respectively. Besides， the ammonia volatilization loss ratio is in order： ammonium bicarbonate > urea > compound fertilizer， and the ammonia volatilization loss ratio between typical land use is in order： paddy field > fruit forest > dry land. Moreover， it is found that chemical fertilizer and ammonia volatilization are the most important nitrogen inputs and outputs in the watershed， and soil nitrogen residues are serious， which increases the risk of nitrogen loss. From the perspective of environmental friendliness， reducing the frequency of ammonium bicarbonate use， reducing the amount of fertilizer applied to dry land and fruit forest， and optimizing the application structure of nitrogen fertilizer in the Three Gorges Reservoir are effective ways to reduce ammonia volatilization. The reduction of ammonia volatilization is of great significance for the prevention and control of nitrogen pollution in the Three Gorges Reservoir.

Keywords：Three Reservoir Region; purple soil; chemical fertilizer; ammonia volatilization; nitrogen budget

三峽水庫是長江中下游水環(huán)境安全保障的關(guān)鍵區(qū)域，農(nóng)業(yè)面源氮污染是影響水環(huán)境安全的重要因素之一[1-3]。庫區(qū)農(nóng)耕區(qū)域廣、墾殖密度高，其中，紫色土耕地面積占了78.7%，紫色土壤土層淺、質(zhì)地輕、孔隙大、水土流失快、保肥能力差，是庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源氮污染的主要來源[4-5]。

中國農(nóng)耕土地氮肥施用量大，但利用率低，其中，1%～47%隨著氮揮發(fā)進(jìn)入大氣[6]。進(jìn)入大氣中的氮會(huì)以干濕沉降的方式進(jìn)入三峽生態(tài)系統(tǒng)，造成氮污染。崔健等[7]在江西耕作紅壤和黃壤上施用尿素輪作馬唐和冬蘿卜，發(fā)現(xiàn)春季黃壤的氨揮發(fā)通量是紅壤的11.87倍，且春季高于秋季，其原因在于土壤性質(zhì)差異。研究表明，氨揮發(fā)受肥料（類型、用量、施肥方式）[8-10]、土壤理化性質(zhì)（pH、濕度、CaCO3含量）[11-12]、氣候條件（氣溫、降雨、光照、風(fēng)速）[13]和管理措施（灌溉、耕作）[14-15]等因素影響。不同地理位置、土壤類型下，氨揮發(fā)規(guī)律不同。目前，對(duì)氨揮發(fā)的研究主要集中在紅壤、黃壤和黑壤以及南方水稻田、作物蔬菜地和北方旱地等平地上，對(duì)于四川盆地低山丘陵區(qū)域紫色土壤氨揮發(fā)的研究鮮見報(bào)道。

系統(tǒng)地研究區(qū)域性氮素的輸入和輸出等收支過程是合理、有效地理解一個(gè)區(qū)域氮循環(huán)的重要手段，也是對(duì)其環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵[16-17]。近年來，研究者針對(duì)土壤氮收支做了大量的研究，包括化肥施用、大氣沉降、生物固氮等氮輸入，以及氨揮發(fā)、反硝化、徑流淋溶等氮輸出[18-20]。但不同區(qū)域人類活動(dòng)、土地分布、工農(nóng)業(yè)發(fā)展等情況的差異，加上一些區(qū)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺乏，使得對(duì)氮素循環(huán)特征及其環(huán)境效應(yīng)的理解仍不夠充分[21]。故對(duì)紫色土坡耕地進(jìn)行氮收支研究有助于合理施肥，控制氮素流失，保護(hù)水體生態(tài)環(huán)境。

新政小流域位于重慶市忠縣石寶鎮(zhèn)，是三峽庫區(qū)心腹區(qū)域，其中，紫色土耕地占80%，坡上果林、坡下水田和旱地、坡底水田的土地利用模式在三峽庫區(qū)具有代表性。本文以新政小流域紫色農(nóng)用坡地為研究對(duì)象，通過野外原位實(shí)驗(yàn)研究三峽庫區(qū)紫色土典型農(nóng)耕模式下化肥氮的氨揮發(fā)特征，以及氨揮發(fā)對(duì)氮素平衡的影響，以期為三峽庫區(qū)紫色土氮收支的研究及氮污染的防治提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

選擇新政小流域（108°10′E30°25′N）作為研究實(shí)驗(yàn)區(qū)。小流域?qū)賮啛釒|南季風(fēng)氣候，四季分明，日照充足，雨量充沛，年均氣溫19.2 ℃，降雨量1 150 mm，無霜期約320 d，適宜水稻、小麥、玉米、蔬菜等農(nóng)作物生長。小流域種植類型主要為坡上果林、坡下旱地和水田、坡底水田，總面積為45.47 hm2，其中，果林占55.64%，旱田占24.85%，水田占19.51%。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)新政小流域化肥使用情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，復(fù)合肥、尿素及碳銨是農(nóng)用肥中主要的氮肥，單季單位面積施用氮肥折純氮量為225 kg/hm2。為了減小不同季節(jié)耕作條件和氣候條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，便于實(shí)驗(yàn)觀測，實(shí)驗(yàn)控制氮肥類型、氮肥用量及施肥時(shí)間相同。

選擇果林、旱地和水田各20 m2作為小流域典型農(nóng)耕模式下的實(shí)驗(yàn)樣地。各實(shí)驗(yàn)樣地均設(shè)置1個(gè)對(duì)照組（不施肥）和3個(gè)實(shí)驗(yàn)組（單施復(fù)合肥、尿素、碳銨），每個(gè)實(shí)驗(yàn)組設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本。其中，尿素、碳銨和復(fù)合肥與小流域正常農(nóng)用肥來源一致，均購于當(dāng)?shù)厥袌?，含氮量分別為46.4%、17.1%和14.0%。樣地編號(hào)及具體施用氮肥量見表1。

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 氨揮發(fā)收集與測定 采用李宗新等[22]的田間原位通氣法收集氨揮發(fā)量。氨揮發(fā)收集裝置如圖1所示，裝置主體由PVC硬質(zhì)塑料管制成，管內(nèi)徑150 mm，高120 mm。在塑料管的頂部和距地面50 mm的中部放置一塊均勻蘸取磷酸甘油溶液的海綿（直徑160 mm、厚度20 mm），其中，磷酸甘油溶液由磷酸（50 mL）和丙三醇（40 mL）定容至1 L配制而成。中部海綿用于吸收土壤氨揮發(fā);頂部海綿則起隔絕外界氣體的作用。

施肥后，隨即在各實(shí)驗(yàn)樣地隨機(jī)放置3個(gè)氨揮發(fā)收集裝置。于每天17：00對(duì)樣品進(jìn)行采集。連續(xù)采集一周后，在第2、3周，每隔2 d或3 d采樣一次，最終將采樣時(shí)間間隔延長至7 d，直至監(jiān)測不到氨揮發(fā)為止。用于隔絕外界氣體的海綿，肉眼觀察其干濕程度，大約3～7 d更換1次。將采集的樣品密封保存，帶回實(shí)驗(yàn)室，浸于300 mL 1 mol/L的KCl 溶液中，振蕩1 h，獲得浸提液。氨氮浸提液采用納氏試劑光度法測定（HJ535-2009）。

1.3.2 計(jì)算方法

氨揮發(fā)量M=mA×10-2

（1）式中：M為氨揮發(fā)量，kg/hm2;A為裝置橫截面積，m2;m為每個(gè)裝置測得的氨氣量，mg。

氨揮發(fā)速率Vt=MD

（2）式中：Vt為第t天氨揮發(fā)速率，kg/hm2/d; D為單次連續(xù)捕獲時(shí)間，d。

氨揮發(fā)累積量 Ct=∑tt=1Vt

（3）式中：Ct為第t天氨揮發(fā)累積量，kg/hm2。

氨揮發(fā)率I=Me-McF×100%

（4）式中：I為氨揮發(fā)率，%;Me實(shí)驗(yàn)組氨揮發(fā)總量，kg/hm2;Mc空白組氨揮發(fā)總量，kg/hm2;F為施肥折純氮量，kg/hm2。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2016、SPSS21.0和Origin8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨揮發(fā)速率Vt

圖2為不同農(nóng)耕模式下氨揮發(fā)速率，可以看出，氨揮發(fā)速率整體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組FF00、DL00和PF00 3組土壤的氨揮發(fā)速率均較低，在0.00～0.49 kg/hm2/d之間。說明樣地耕作殘余的氮肥也會(huì)產(chǎn)生氨揮發(fā)，空白組正是為了修正氨揮發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)而設(shè)定。

在施肥后1～6 d內(nèi)，F(xiàn)F01氨揮發(fā)速率出現(xiàn)兩個(gè)峰值，第1個(gè)是第3 d的小高峰5.76 kg/hm2/d，第2個(gè)為第5 d的峰值7.12 kg/hm2/d，6 d后氨揮發(fā)速率低于0.29 kg/hm2/d，且隨著時(shí)間的增加而降低。DL01在施肥后氨揮發(fā)速率只出現(xiàn)1個(gè)峰值，即第5 d的峰值6.07 kg/hm2/d，隨即下降。PF01和DL01的變化趨勢相似，在施肥后，氨揮發(fā)速率迅速增加，并在施肥后的第4 d達(dá)到峰值13.15 kg/hm2/d，然后緩慢下降。由此可見，小流域紫色土在施用尿素后的第4～5 d氨揮發(fā)速率最大，3種樣地氨揮發(fā)速率的大小依次為：水田>果林>旱地。

FF02、DL02和PF02的氨揮發(fā)速率變化規(guī)律比較一致，均表現(xiàn)為施肥后氨揮發(fā)速率迅速增加，第3 d達(dá)到峰值，分別為15.55、21.11、38.69 kg/hm2/d，隨后均迅速下降。由此可見，耕地在施用碳銨后第3 d氨揮發(fā)速率達(dá)到峰值，隨后下降，樣地間氨揮發(fā)速率的大小依次為：水田>旱地>果林。

分析復(fù)合肥的氨揮發(fā)速率發(fā)現(xiàn)，整體變化幅度不大，在0.00～3.40 kg/hm2/d之間波動(dòng)。FF03和DL03呈現(xiàn)相同的氨揮發(fā)規(guī)律，在施肥后第3 d達(dá)到小高峰，分別為2.39、1.94 kg/hm2/d，隨即在第4 d下降，然后，在第5 d達(dá)到峰值3.05、2.72 kg/hm2/d，5 d后氨揮發(fā)速率緩慢降低。PF03的氨揮發(fā)速率在第3 d已達(dá)到峰值3.40 kg/hm2/d，隨后呈波浪下降。

綜上所述，3種肥料在不同農(nóng)耕模式下的氨揮發(fā)特征為：復(fù)合肥的氨揮發(fā)變化平緩，氨揮發(fā)速率最低;碳銨的氨揮發(fā)在第3 d出現(xiàn)峰值，隨后快速下降;而尿素的氨揮發(fā)峰值滯后于碳銨，在第4～5 d出現(xiàn)，然后緩慢下降。

2.2 氨揮發(fā)累積量Ct

圖3為不同農(nóng)耕模式下氨揮發(fā)積累量。由圖3可知，在不同施氮類型和不同農(nóng)耕模式下，氨揮發(fā)累積量與氨揮發(fā)速率表現(xiàn)出相一致的的規(guī)律。方差分析表明，各實(shí)驗(yàn)組間存在顯著差異。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，各個(gè)不同樣地的氨揮發(fā)累積量隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加明顯增加，除了碳銨在施肥3 d后氨揮發(fā)累積量趨向平緩，另兩種氮肥在施肥7 d后趨向平緩，說明氨揮發(fā)在施肥后7 d內(nèi)基本完成。其中，碳銨的氨揮發(fā)積累量最高，分別為41.64、46.31、71.52 kg/hm2/d（按果林、旱地、水田順序，下同）;在施肥后的1～3 d，氨揮發(fā)累積量迅速增加，第3 d氨揮發(fā)累積量分別占總揮發(fā)量的73%、90.3%和92.4%。在4～7 d，氨揮發(fā)積累量變化較小，7 d后，氨揮發(fā)累積量趨于平穩(wěn)。尿素的氨揮發(fā)累積量相對(duì)碳銨而言增加相對(duì)較緩，1～7 d，氨揮發(fā)累積量緩慢增加，7 d之后，氨揮發(fā)量與對(duì)照基本持平。復(fù)合肥的氨揮發(fā)累積量最低，監(jiān)測期間，變化范圍為7～10 kg/hm2，整體呈增加的趨勢，但變化幅度不大。

分析還發(fā)現(xiàn)，復(fù)合肥氨揮發(fā)累積量呈一個(gè)緩慢增加的趨勢;而尿素和碳銨的氨揮發(fā)累積量表現(xiàn)為兩個(gè)階段，一個(gè)是施肥后立即進(jìn)入的快速增加階段，另一個(gè)是3～7 d后進(jìn)入的緩慢增加階段，這與Chen等[23]、Mandal等[24]研究結(jié)果相似。

2.3 氨揮發(fā)率

研究采用式（4）計(jì)算氨揮發(fā)凈損失率，即氨揮發(fā)率。小流域典型農(nóng)耕模式下氨揮發(fā)率如圖4所示。方差分析表明，各樣地間數(shù)據(jù)差異顯著。碳銨、尿素和復(fù)合肥的氨揮發(fā)率的大小依次為碳銨>尿素>復(fù)合肥，其氨揮發(fā)率范圍分別為17.86%～30.70%、8.82%～18.37%和2.56%～3.86%。

對(duì)比3種典型農(nóng)耕模式發(fā)現(xiàn)，果林的氨揮發(fā)率為3.86～17.86%，旱地為2.56%～19.81%，水田為3.76%～30.70%，說明同一農(nóng)耕模式下，施加不同的氮肥，氨揮發(fā)率差異大，氨揮發(fā)率主要受氮肥類型影響。對(duì)3種農(nóng)耕模式下施加不同氮肥后氨揮發(fā)率分別進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，水田施加3類氮肥后的氨揮發(fā)率均最大，而旱地和果林3類氮肥氨揮發(fā)率相當(dāng)。由此可知，水田的氨揮發(fā)損失最大，旱地和果林的氨揮發(fā)損失總體相當(dāng)。

2.4 氮素平衡

氮素收支平衡分析是合理、有效地理解小流域氮循環(huán)的重要手段，也是對(duì)其環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。氨揮發(fā)作為小流域氮素輸出的途徑之一，其相對(duì)程度只有通過氮素平衡分析才能獲得。因此，以小流域3種典型農(nóng)耕模式作單獨(dú)子系統(tǒng)，分別估算流域內(nèi)果林、旱地和水田的氮素收支情況，具體估算方法及過程見劉京等[25]、郭勁松等[5]、Ouyang等[4]的研究。其中，氮輸入包括化肥施用、大氣沉降、生物固氮等，輸出包括淋溶徑流損失、氨揮發(fā)等，具體見表2和圖5。

果林、旱地和水田氮素年輸入量分別為13 789.32、16 296.27、2 825.38 kg/a，其中，單位面積氮肥輸入量為464.79、880.25、202.16 kg/hm2/a，分別占總輸入氮量的85.28%、61.04%和63.47%（圖5），說明化肥是流域內(nèi)氮素的主要來源。流域內(nèi)典型農(nóng)耕模式中，果林和旱地的氮肥輸入量較大，均高于最佳施肥量205.5～222.2 kg/hm2/a[26]，可見，流域內(nèi)存在嚴(yán)重的化肥輸入過量和氮肥配施結(jié)構(gòu)不合理的問題。一方面造成資源浪費(fèi)，另一方面由于化肥過量輸入導(dǎo)致氨揮發(fā)、徑流、淋溶等問題，增加了三峽庫區(qū)氮污染負(fù)荷。

此外，流域內(nèi)果林、旱地和水田單位面積氮輸出量分別為293.27、843.98、398.83 kg/hm2/a，均高于全國單位面積損失氮量87.1 kg/hm2/a[27]。流域內(nèi)氮回收量（指輸出氮素中秸稈和農(nóng)產(chǎn)品等能夠回收再利用的氮素）只占總輸出氮的42.39%，其中，果林、旱地和水田分別為47.85%、32.21%、58.37%，說明氮素的利用率不足50%，大多數(shù)以氨揮發(fā)、徑流、淋溶等形式損失。就損失途徑分析，小流域氮損失（氮損失=輸出氮-氮回收）主要以氨揮發(fā)和反硝化等氣態(tài)氮形式流失，果林、旱地和水田的氨揮發(fā)、反硝化損失的氮素分別占氮損失量的77.23%、69.20%和44.84%。尤其是旱地，氮損失量達(dá)572.11 kg/hm2/a，分別是果林和水田氮損失量的3.74倍和3.45倍。

小流域內(nèi)氮輸入總量為723.80 kg/hm2/a，輸出總量為450.72 kg/hm2/a。土壤殘留氮量為273.07 kg/hm2/a，分別是氮素輸出總量和輸入總量的0.61倍和0.38倍。其中，果林和旱地分別有251.77、598.16 kg/hm2/a的氮素殘留于土壤中，加大了氮素面源污染風(fēng)險(xiǎn)。

3 討論

3.1 不同用肥模式的氨揮發(fā)特征

小流域典型農(nóng)耕模式下，氨揮發(fā)特征為：復(fù)合肥的氨揮發(fā)變化平緩，氨揮發(fā)速率最低;碳銨的氨揮發(fā)在第3 d出現(xiàn)峰值，隨后快速下降;而尿素的氨揮發(fā)峰值滯后于碳銨，在第4～5 d出現(xiàn)，然后緩慢下降。針對(duì)氨揮發(fā)過程進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，施肥后，3種肥料氨揮發(fā)速率均隨著監(jiān)測時(shí)間的延長呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，氨揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)在施肥后的第3～5 d。相比而言，碳銨的氨揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)最早，尿素峰值出現(xiàn)滯后，而復(fù)合肥的氨揮發(fā)速率整體較平緩，無明顯峰值出現(xiàn)。

施肥后，氨揮發(fā)特征不同主要與肥料性質(zhì)有關(guān)。從3種氮肥的變化趨勢來看，碳銨屬于速效性肥料，主要以NH+4♂形態(tài)存在，易分解為NH3、CO2和H2O 3種氣體揮發(fā)到大氣中。由于施肥期間溫度較高，氨揮發(fā)非常迅速，在施肥后第3 d即達(dá)到峰值，第4 d因溫度降低的原因，加上施入土壤的銨與土壤膠體形成結(jié)合態(tài)銨離子，使得氨揮發(fā)速率降低。尿素施入土壤后，需要在脲酶的作用下水解為碳酸銨或碳酸氫銨，進(jìn)而再產(chǎn)生氨揮發(fā)。因此，尿素的氨揮發(fā)峰值滯后于碳銨。此外，果林在施加尿素后1～6 d出現(xiàn)兩個(gè)峰值，這是因?yàn)?，在?shí)驗(yàn)正式開始前，果林土壤本來氮素殘留量少，加上其翻耕少、孔隙度低、容重高、砂粒含量高[28]，導(dǎo)致施加尿素后，氨揮發(fā)速率增加緩慢。第4 d因氣溫降低的原因，氨揮發(fā)開始降低，之后，隨著氣溫回升以及土壤中脲酶增多，促進(jìn)尿素水解，到第5 d氨揮發(fā)又達(dá)到峰值。復(fù)合肥的氨揮發(fā)速率變化平緩，揮發(fā)速率較低，這是由于復(fù)合肥是由N、P、K等多種營養(yǎng)成分復(fù)合而成，營養(yǎng)元素的存在改變了土壤微環(huán)境，抑制了土壤pH值的過度升高，使得土壤對(duì)NH+4的固持能力增強(qiáng)，最終導(dǎo)致氨揮發(fā)量降低。

實(shí)驗(yàn)觀測的后期，尿素和碳銨的氨揮發(fā)速率均呈現(xiàn)降低的趨勢，原因是由于土壤中有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生大量有機(jī)酸和腐殖酸，使土壤pH值下降，并促使土壤對(duì)NH+4的吸附增強(qiáng)，進(jìn)而抑制氨揮發(fā)。這間接說明土壤有機(jī)質(zhì)的增加可以有效降低土壤中的氨揮發(fā)損失。李燕青[29]的研究表明，同一施氮水平下，有機(jī)肥、化肥配施可降低氨揮發(fā)，且氨揮發(fā)量隨化肥配施比例的增加而增加。由此可見，肥料的配合施用能增強(qiáng)土壤對(duì)氨的固持能力。

3.2 土壤氨揮發(fā)的影響因素

各樣地土壤氨揮發(fā)速率存在顯著差異，在一定程度上反映出土壤、氣候、耕作方式等環(huán)境條件對(duì)農(nóng)田氨揮發(fā)的影響[8，12]。一般情況下，施肥后高溫少雨的環(huán)境促進(jìn)氨揮發(fā)，反之，則不利于氨揮發(fā)。學(xué)者們針對(duì)尿素的氨揮發(fā)特征進(jìn)行了大量研究，而對(duì)于碳銨和復(fù)合肥氮的研究相對(duì)較少，為了便于對(duì)各典型用地模式下氨揮發(fā)特性進(jìn)行比較，此處僅對(duì)尿素的氨揮發(fā)結(jié)果進(jìn)行比較分析。

分析結(jié)果可知，流域內(nèi)果林、旱地和水田施用尿素后氨揮發(fā)率分別為10.49%、8.82%和18.37%。可見，尿素在水田中氨揮發(fā)率最高，同樣的情況也出現(xiàn)在碳銨中，這可能與水田的濕度有關(guān)。田昌等[30]研究表明，水田處于淹水條件，施入的尿素遇水能迅速進(jìn)行水解，從而造成氨揮發(fā)量較大，且集中在較短時(shí)間內(nèi)。此外，水田氨揮發(fā)率高的原因還與水田的pH值有關(guān)，微堿性的環(huán)境有利于氨揮發(fā)，而小流域內(nèi)果林、旱地和水田的pH值范圍分別為5.42～5.66、5.81～6.07和7.51～7.64[31]，這也解釋了同一施肥條件下水田氨揮發(fā)率最高的原因。Mandal等[24]通過研究證實(shí)了這一點(diǎn)，當(dāng)pH值從5.50增加到9.04時(shí)，氨揮發(fā)累積量和氨揮發(fā)率均呈現(xiàn)增加趨勢，氨揮發(fā)累積量從105.58 mg/kg增至150.50 mg/kg。Lei等[14]通過室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤溫度由10 ℃增加到35 ℃時(shí)，脲酶活性增加了33%～41%，提高了反應(yīng)物分子間的碰撞頻率，從而使土壤中尿素的水解速率呈常數(shù)增加，氨揮發(fā)速率也隨之加快。也有研究認(rèn)為，土壤含水量適中才有利于氨揮發(fā)。當(dāng)土壤含水量過低時(shí)，氮肥在土壤中的水解作用受到抑制，進(jìn)而使氨揮發(fā)受阻;土壤含水量過高，雖然氮肥的水解過程加快了，但過多的水分降低了土壤中的銨態(tài)氮濃度，降低了氨揮發(fā)率[14]。

3.3 減緩氨揮發(fā)氮素流失的措施

流域內(nèi)果林、旱地和水田的氨揮發(fā)總量分別為1 238.7、3 457.4、508.7 kg/a，分別占總氮輸出量的16.70%、36.25%和14.38%，表明氨揮發(fā)是小流域氮損失的最主要途徑之一。與其他研究結(jié)果相比，小流域氨揮發(fā)損失明顯高于崔健等[7]的相關(guān)研究。說明三峽庫區(qū)紫色土坡耕地的氨揮發(fā)損失在全國處于偏高水平。

造成小流域氨揮發(fā)率偏高的原因?yàn)椋?）傳統(tǒng)的施肥方式。實(shí)地調(diào)研表明，小流域施肥主要為表土施肥，缺少翻耕等農(nóng)事活動(dòng)，肥料裸露在表土上。研究表明，傳統(tǒng)的施肥方式不利于土壤固定氮素，也不利于植物吸收，再加上表層光照強(qiáng)、溫度高、空氣流通性好等原因，大量肥料氮通過氨揮發(fā)而損失[32];而采用深施覆土或表施后及時(shí)灌水的方法，可以降低表層土壤氮肥濃度，進(jìn)而起到抑制氨揮發(fā)的作用[33]。楊曉云等[34]研究發(fā)現(xiàn)，尿素深施更有利于作物快速吸收，降低土壤中NH+4濃度，使氨揮發(fā)降低。此外，施肥后立即灌水，能夠使大部分尿素在水解之前隨下滲水進(jìn)入深層土壤，抑制了氨揮發(fā)。2）小流域雨量充沛、氣溫較高（尤其是夏季）。雨水可以增強(qiáng)土壤中銨的水解，進(jìn)而促進(jìn)氨揮發(fā);而溫度與氮肥氨揮發(fā)呈顯著正相關(guān)，施肥后較高的溫度使氮素轉(zhuǎn)化達(dá)到平衡快，造成氨揮發(fā)率也較高。農(nóng)戶應(yīng)盡量避免在高溫多雨時(shí)段進(jìn)行施肥活動(dòng)。3）小流域氮肥施加結(jié)構(gòu)不合理。氮素收支結(jié)果表明，小流域每年氮素殘留量達(dá)273.07 kg/hm2，其中，果林和旱地殘留量較大，殘留的氮素增加了土壤氨揮發(fā);而且小流域氮肥的施用多為單一施肥而缺少有機(jī)肥配施，缺少對(duì)NH+4的固持作用。因此，可以通過減少旱地和果林的氮肥輸入來減少氨揮發(fā)：從環(huán)保的角度出發(fā)，旱地和果林每年氮肥的施用量理論上應(yīng)當(dāng)分別減少251.77、598.16 kg/hm2左右。然而，為了保持土壤肥力以及穩(wěn)定農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，實(shí)際減少量應(yīng)該低于上述值，具體減少量應(yīng)當(dāng)結(jié)合農(nóng)作物產(chǎn)量進(jìn)一步研究。另一方面，減少氨揮發(fā)速率大的化肥的使用也可減緩環(huán)境污染，如減少碳銨的使用。此外，將化肥與有機(jī)肥配施也是減緩?fù)寥腊睋]發(fā)的有效途徑。

由此可見，在保持產(chǎn)量的情況下，適當(dāng)減少施肥量，優(yōu)化流域肥料結(jié)構(gòu)，采取氮肥配合磷鉀肥等復(fù)配施用方式，提高種植科技水平等是降低氮肥氨損失量的有效途徑。此外，配施緩釋劑或緩釋肥等新型肥料也是降低氨揮發(fā)損失的途徑之一。減少氨揮發(fā)氮素流失能夠減緩三峽庫區(qū)氮污染，使三峽庫區(qū)水體富營養(yǎng)化從源頭上得到治理。

4 結(jié)論

1）三峽庫區(qū)紫色土典型農(nóng)耕模式下氨揮發(fā)速率表現(xiàn)為：復(fù)合肥的氨揮發(fā)變化平緩，氨揮發(fā)速率最低;碳銨的氨揮發(fā)在第3 d出現(xiàn)峰值，隨后快速下降;而尿素的氨揮發(fā)峰值滯后于碳銨，在第4～5 d出現(xiàn)，然后緩慢下降。復(fù)合肥氨揮發(fā)累積量呈一個(gè)緩慢增加的趨勢;而尿素和碳銨的氨揮發(fā)累積量，表現(xiàn)為兩個(gè)階段，一是施肥后立即進(jìn)入的快速增加階段，一是3～7 d后的緩慢增加階段。

2）對(duì)于肥料種類而言，碳銨的氨揮發(fā)率為17.86%～30.70%，尿素為8.82%～18.37%，復(fù)合肥為2.56%～3.86%。施肥種類間的氨揮發(fā)率大小依次為：碳銨>尿素>復(fù)合肥。于農(nóng)耕模式而言，果林的氨揮發(fā)率為3.86%～17.86%，旱地為2.56%～19.81%，水田為3.76%～30.70%。典型農(nóng)耕模式間的氨揮發(fā)率大小依次為：水田>果林>旱地。

3）小流域氮素收支估算發(fā)現(xiàn)，氨揮發(fā)是小流域氮流失的主要途徑之一，典型農(nóng)耕模式下，水田、果林和旱地的氨揮發(fā)損失分別占氮輸出總量的14.38%、16.70%和36.25%，占氮損失的44.84%、77.23%和69.20%。

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（編輯 王秀玲）